基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，所述微生物燃料電池組由n組微生物燃料電池單元串聯而成，n為大于1的自然數；并且，每一組所述微生物燃料電池單元還并聯有一個開關器件；其中，所述微生物燃料電池單元為m個并聯的微生物燃料電池單體，m為自然數。開關器件采用單刀雙擲型開關，能夠有效將已發生反極或者將要發生反極的微生物燃料電池隔離，提高微生物燃料電池組整體工作性能，同時還延長了各個微生物燃料電池的使用壽命。另外，還能夠及時定位將要發生反極的微生物燃料電池，有助于盡快檢查原因，排除故障。
【專利說明】基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于電源【技術領域】，具體涉及一種基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組。
【背景技術】
[0002]微生物燃料電池是一種將有機物直接轉化為電能的裝置，作為一種新興的技術，在新能源、污水處理、水質檢測等方面得到了研究和應用。尤其在污水處理方面，微生物燃料電池可以采用可生物降解的廢水為燃料，在產生電能的同時治理環境污染，實現廢物的資源化利用，促進經濟、社會與環境的協調發展。因此，微生物燃料電池為緩解和解決能源與環境問題提供了一種切實有效的新思路。
[0003]單個微生物燃料電池具有輸出電壓小以及輸出功率較低等問題，因此，為使微生物燃料電池輸出的電能得到有效利用，需要將多個微生物燃料電池進行串并聯，形成微生物燃料電池組，以輸出足夠負載使用的電能。
[0004]但在實際研究和應用中發現，對于由多個微生物燃料電池串聯形成的微生物燃料電池組，當工作電流較大時，電池組中的某些電池會出現反極現象，即微生物燃料電池的正負極極性發生反轉。在此情況下，整個電池組的輸出電壓降低，并且，發生極性反轉的微生物燃料電池也容易損壞，縮短了微生物燃料電池的使用壽命。
實用新型內容
[0005]針對現有技術存在的缺陷，本實用新型提供一種基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，用以解決上述問題。
[0006]本實用新型采用的技術方案如下:
[0007]本實用新型提供一種基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，所述微生物燃料電池組由η組微生物燃料電池單元串聯而成，η為大于I的自然數；并且，每一組所述微生物燃料電池單元還并聯有一個開關器件；其中，所述微生物燃料電池單元為m個并聯的微生物燃料電池單體，m為自然數；
[0008]其中，所述開關器件為單刀雙擲型開關；所述微生物燃料電池組還包括:電壓采樣電路和控制器；
[0009]所述電壓采樣電路的輸入端分別與每一個所述微生物燃料電池單元的兩端連接，用于分別采集每一個所述微生物燃料電池單元的端電壓；所述電壓采樣電路的輸出端與所述控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端分別與各個所述單刀雙擲型開關的驅動電路連接，通過所述驅動電路，改變所述單刀雙擲型開關的通電通路。
[0010]優選的，設η組微生物燃料電池單元按串聯先后順序分別表示為:第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元…第η組微生物燃料電池單元；第I組微生物燃料電池單元的正極與第η組微生物燃料電池單元的負極作為外電路的輸出；第I組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第I單刀雙擲型開關、第2組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第2單刀雙擲型開關…第η組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第η單刀雙擲型開關；
[0011]則:第I單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的正極相連，第I單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的負極相連，第I單刀雙擲型開關的動觸頭與外部負載的正極相連；
[0012]第j單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的正極相連，第j單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的負極相連，第j單刀雙擲型開關的動觸頭與第j_l組微生物燃料電池單元的負極相連；其中，I < j < n，j為自然數；
[0013]第η單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的正極相連，第η單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的負極相連，第η單刀雙擲型開關的動觸頭與外部負載的負極相連；
[0014]對于第h組微生物燃料電池單元，正常情況下，第h單刀雙擲型開關的動觸頭與第I靜觸頭導通；當所述電壓采樣電路采集到第h組微生物燃料電池單元的端電壓低于預設極小值時，控制器通過驅動電路，使第h單刀雙擲型開關的動觸頭與第2靜觸頭導通，使該第h組微生物燃料電池單元被旁路。
[0015]優選的，所述單刀雙擲型開關為單刀雙擲型模擬開關或單刀雙擲型機械繼電器。
[0016]本實用新型提供的基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組具有以下優點:
[0017]本實用新型提供的基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，能夠有效將即將要發生反極的微生物燃料電池隔離，提高微生物燃料電池組整體工作性能，同時還延長了各個微生物燃料電池的使用壽命。另外，還能夠及時定位將要發生反極的微生物燃料電池，有助于盡快檢查原因，排除故障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型提供的二極管作為開關器件m = I時的電路原理圖；
[0019]圖2為本實用新型提供的二極管作為開關器件m > I時的電路原理圖；
[0020]圖3為單刀雙擲型開關作為開關器件正常狀態下的電路原理圖；
[0021]圖4為單刀雙擲型開關作為開關器件MFC2故障狀態下的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖對本實用新型進行詳細說明:
[0023]本實用新型提供一種具有自動保護功能的微生物燃料電池組，微生物燃料電池組由η組微生物燃料電池單元串聯而成，η為大于I的自然數；并且，每一組微生物燃料電池單元還并聯有一個開關器件；其中，微生物燃料電池單元為m個并聯的微生物燃料電池單體，m為自然數。
[0024]每組微生物燃料電池單元分別獨立并聯一個開關器件，通過開關器件，實現將已發生反極或者將要發生反極的微生物燃料電池單元隔離，達到延長各個微生物燃料電池的使用壽命、提高微生物燃料電池組整體工作性能的目的。開關器件可以選擇二極管或者單刀雙擲型開關，下面就這兩種情況分別介紹:
[0025]實施例一:開關器件為二極管
[0026]如圖1所示，η組微生物燃料電池單元串聯，而每一組微生物燃料電池單元即為一個微生物燃料電池單體，分別表示為MFCpMFC^MFCn ;并且，每一個微生物燃料電池單體分別并聯一個二極管，即
[0027]如圖2所示，η組微生物燃料電池單元串聯，而每一組微生物燃料電池單元為m個并聯的微生物燃料電池單體，例如，對于第I組微生物燃料電池單元，其由MFCn、MFCyMFClm共m個微生物燃料電池單體并聯而成；每一組微生物燃料電池單元分別并聯一個二極管，即=D1、D2...Dno
[0028]無論對于圖1或圖2，每組微生物燃料電池單元分別獨立并聯一個二極管，正常使用中，二極管截止；當單個微生物燃料電池單元發生反極時，二極管導通，將發生反極的微生物燃料電池單元旁路掉。例如，對于圖1，當任意一個微生物燃料電池單體發生反極時，例如=MFC2發生反極，則二極管D2導通，將MFC2旁路掉。對于圖2，當某一組微生物燃料電池單元整體發生反極時，則將該單元旁路掉。
[0029]由于微生物燃料電池輸出電壓較低，二極管應選用正向壓降(Vf)較低的肖特基二極管，或由MOS管和控制電路或其它器件構成的理想二極管，其具有正向壓降極小、反向漏電流極小的特點，從而能夠實現及時將發生反極的微生物燃料電池單元旁路的效果。
[0030]本實施例開關器件采用二極管，具有電路簡單、成本低廉的優勢，可以當微生物燃料電池發生反極時有效保護電池。但在微生物燃料電池發生反極前，單個電池的電學性能已經變差，輸出電壓急劇下降，此時如能提前將電池隔離，將更有效的保護電池。同時，如能定位到性能變差的電池，將有助于盡快檢查原因，排除故障。
[0031]實施例二:開關器件為單刀雙擲型開關
[0032]實施例一采用二極管作為開關器件，只有當某一個微生物燃料電池單元已經發生反極現象時，才能夠將該微生物燃料電池單元旁路掉。但是，已經發生反極現象的微生物燃料電池單元，其電學性能已經變差，因此，將已經發生反極現象的微生物燃料電池單元旁路掉，仍然具有對該微生物燃料電池單元保護力度有限的不足。
[0033]基于此，本實施例提供一種開關器件為單刀雙擲型開關的電路，在單個微生物燃料電池單元上并聯單刀雙擲型開關，同時，各組微生物燃料電池單元的兩端連接到電壓采樣電路，電壓米樣電路的輸出端與控制器的輸入端連接；控制器的輸出端分別與各個單刀雙擲型開關的驅動電路連接，通過驅動電路，改變單刀雙擲型開關的通電通路。例如，當某個微生物燃料電池單元的端電壓低于設定值如0.3V時，表明該微生物燃料電池單元將要發生反極現象，因此，控制器驅動單刀雙擲型開關，將該微生物燃料電池單元旁路，達到提前將微生物燃料電池單元隔離，更有效的保護電池組的效果。單刀雙擲型開關可以采用低驅動電流、低導通電阻的模擬開關或機械繼電器。
[0034]具體的，開關器件為單刀雙擲型開關；微生物燃料電池組還包括:電壓采樣電路和控制器；
[0035]電壓采樣電路的輸入端分別與每一個微生物燃料電池單元的兩端連接，用于分別采集每一個微生物燃料電池單元的端電壓；電壓采樣電路的輸出端與控制器的輸入端連接；控制器的輸出端分別與各個單刀雙擲型開關的驅動電路連接，通過驅動電路，改變單刀雙擲型開關的通電通路。
[0036]設η組微生物燃料電池單元按串聯先后順序分別表示為:第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元…第η組微生物燃料電池單元；第I組微生物燃料電池單元的正極與第η組微生物燃料電池單元的負極作為外電路的輸出；第I組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第I單刀雙擲型開關、第2組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第2單刀雙擲型開關…第η組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第η單刀雙擲型開關；
[0037]則:第I單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的正極相連，第I單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的負極相連，第I單刀雙擲型開關的動觸頭與外部負載的正極相連；
[0038]第j單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的正極相連，第j單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的負極相連，第j單刀雙擲型開關的動觸頭與第j_l組微生物燃料電池單元的負極相連；其中，I < j < n，j為自然數；
[0039]第η單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的正極相連，第η單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的負極相連，第η單刀雙擲型開關的動觸頭與外部負載的負極相連；
[0040]對于第h組微生物燃料電池單元，正常情況下，第h單刀雙擲型開關的動觸頭與第I靜觸頭導通；當電壓采樣電路采集到第h組微生物燃料電池單元的端電壓低于預設極小值時，控制器通過驅動電路，使第h單刀雙擲型開關的動觸頭與第2靜觸頭導通，使該第h組微生物燃料電池單元被旁路，從而保護了該組微生物燃料電池單元。
[0041]以n = 3，m = I為例，如圖3所示，第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元和第3組微生物燃料電池單元串聯，分別表示為=MFCp MFC2和MFC3 ^FC1關聯的單刀雙擲型開關表示為SWp MFC2關聯的單刀雙擲型開關表示為SW2、MFC3關聯的單刀雙擲型開關表示為SW3 ;對于SW3，al為動觸頭；a2為第I靜觸頭；a3為第2靜觸頭；圖3所示電路為正常工作狀態，此時，各開關的動觸頭均與第I靜觸頭導通；當電壓采樣電路采集到MFC2的端電壓低于預設極小值時，控制器通過驅動電路，使SW2的動觸頭與第2靜觸頭導通，從而將MFC2旁路掉，即變為圖4所示電路狀態。
[0042]另外，本實施例中，控制器還可以連接顯示器，通過顯示器顯示即將發生反極現象的微生物燃料電池單元標識，從而達到及時定位故障電池的目的，有助于盡快檢查原因，排除故障。
[0043]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，其特征在于，所述微生物燃料電池組由η組微生物燃料電池單元串聯而成，η為大于I的自然數；并且，每一組所述微生物燃料電池單元還并聯有一個開關器件；其中，所述微生物燃料電池單元為m個并聯的微生物燃料電池單體，m為自然數； 其中，所述開關器件為單刀雙擲型開關；所述微生物燃料電池組還包括:電壓采樣電路和控制器； 所述電壓采樣電路的輸入端分別與每一個所述微生物燃料電池單元的兩端連接，用于分別采集每一個所述微生物燃料電池單元的端電壓；所述電壓采樣電路的輸出端與所述控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端分別與各個所述單刀雙擲型開關的驅動電路連接，通過所述驅動電路，改變所述單刀雙擲型開關的通電通路。
2.根據權利要求1所述的基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，其特征在于，設η組微生物燃料電池單元按串聯先后順序分別表示為:第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元…第η組微生物燃料電池單元；第I組微生物燃料電池單元的正極與第η組微生物燃料電池單元的負極作為外電路的輸出；第I組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第I單刀雙擲型開關、第2組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第2單刀雙擲型開關…第η組微生物燃料電池單元并聯的單刀雙擲型開關表示為第η單刀雙擲型開關； 則:第I單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的正極相連，第I單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的負極相連，第I單刀雙擲型開關的動觸頭與外部負載的正極相連； 第j單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的正極相連，第j單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的負極相連，第j單刀雙擲型開關的動觸頭與第j_l組微生物燃料電池單元的負極相連；其中，I < j < n，j為自然數； 第η單刀雙擲型開關的第I靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的正極相連，第η單刀雙擲型開關的第2靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的負極相連，第η單刀雙擲型開關的動觸頭與外部負載的負極相連； 對于第h組微生物燃料電池單元，正常情況下，第h單刀雙擲型開關的動觸頭與第I靜觸頭導通；當所述電壓采樣電路采集到第h組微生物燃料電池單元的端電壓低于預設極小值時，控制器通過驅動電路，使第h單刀雙擲型開關的動觸頭與第2靜觸頭導通，使該第h組微生物燃料電池單元被旁路。
3.根據權利要求1所述的基于單刀雙擲型開關進行自動保護的微生物燃料電池組，其特征在于，所述單刀雙擲型開關為單刀雙擲型模擬開關或單刀雙擲型機械繼電器。
【文檔編號】H01M8/16GK204011564SQ201420427194
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】徐勁草, 劉銳, 謝濤, 姚新 申請人:中科宇圖天下科技有限公司